Management of extractives and soap separation in a softwood kraft pulp mill

Abstract

Extractives are a broad group of non-structural wood components that make up a few percent of dry wood mass. During kraft pulping of softwood, some extractives, i.e. fatty and resin acids, form soap, that can be refined into crude tall oil. Tall oil is a valuable by-product of kraft pulping, which is why soap is separated from the black liquor. Inadequate soap separation also negatively affects pulp quality.

This thesis examines factors affecting extractive composition and its effects on soap separation from brown stock. Primary focus is on the ratio of fatty acids to resin acids. Solubility of soap generally decreases when the ratio is increased, which promotes soap separation from black liquor. In the washing stage, however, it is beneficial to have as much of the soap dissolved as possible.

In the experimental part, tall oil fatty acids were added to brown stock samples containing cellulose fibres suspended in black liquor. The samples were washed in a simple washing experiment and the filtrates were extracted with methyl tert-butyl ether (MTBE) and analysed using gas chromatography. It was found that adding fatty acids to the brown stock increased the total amount of soap in the filtrates, but the increase was less than the amount added. Therefore, more soap was left in the pulp. It was concluded that fatty acids should not be added before the washing line but adding them to the black liquor should still be considered.

Uuteaineet ovat laaja joukko puun ei-rakenteellisia yhdisteitä, joiden osuus puun kuivamassasta on muutamia prosentteja. Valmistettaessa sellua kraft-prosessilla uuteaineisiin kuuluvat rasva- ja hartsihapot muodostavat suopaa, josta voidaan jalostaa raakamäntyöljyä. Mäntyöljy on tärkeä selluteollisuuden sivutuote, joten suopa pyritään erottamaan mustalipeästä mahdollisimman tehokkaasti. Suopa myös heikentää sellun laatua.

Tämä kandidaatintyö käsittelee mustalipeän ja massan uuteainekoostumukseen vaikuttavia tekijöitä sekä sen vaikutusta suovan erottumiseen ruskeasta massasta. Pääpaino työssä on rasva- ja hartsihappojen määrien suhteella. Suurempi rasvahappojen määrä yleisesti pienentää suovan liuokoisuutta, mikä edistää suovan erottumista mustalipeästä. Pesuvaiheessa suovan tulisi kuitenkin olla liukoisessa muodossa.

Työn kokeellisessa osassa mäntyöljynjalostamon rasvahappojaetta lisättiin ruskeaan massaan, joka pestiin yksinkertaisessa pesukokeessa. Suodokset uutettiin metyyli-tert-butyylieetterillä (MTBE) ja analysoitiin kaasukromatografilla. Rasvahappojen lisääminen lisäsi suovan määrää suodoksissa, mutta muutos oli pienempi kuin alkuperäiseen näytteeseen lisätty määrä. Näin ollen suurempi määrä suopaa jäi massaan. Voitiin todeta, ettei rasvahappoja kannata lisätä ennen pesuvaihetta. Lisäystä mustalipeään pitää silti edelleen harkita.